(57)【要約】【課題】高精度な信号増幅を実現できる信号増幅回路を提供する。【解決手段】信号増幅回路は、入力されるアナログ信号を変調するアナログ変調器１と、アナログ変調器１で変調されたアナログ信号を増幅するアナログ増幅器３と、アナログ増幅器３で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５と、Ａ／Ｄ変換器５で変換されたデジタル信号を復調するデジタル復調器７と、デジタル復調器７で復調されたデジタル信号から所定の周波数成分を取り出すデジタルフィルタ９と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されるアナログ信号を変調するアナログ変調器と、
前記アナログ変調器で変調されたアナログ信号を増幅するアナログ増幅器と、
前記アナログ増幅器で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号を復調するデジタル復調器と、
前記デジタル復調器で復調されたデジタル信号から所定の周波数成分を取り出すデジタルフィルタと、を備えた信号増幅回路。
【請求項２】
前記アナログ増幅器は差動入出力型のものであり、
前記アナログ変調器は２つの入力信号をスイッチで交互に入れ替えて変調するものである請求項１に記載の信号増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ信号を増幅する信号増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば温度センサーなどからの微小なアナログ信号を取り込んで扱いやすい信号に変換する信号増幅回路がある。アナログ信号を処理する信号増幅回路において、信号増幅回路を構成する回路そのものが発生するノイズが取り扱う信号に対して無視できない場合が往々にしてある。
【０００３】
温度センサーなどのように出力信号の信号周波数が遅いものの場合、信号増幅回路を構成する回路で発生するノイズの中でも低い周波数になるほど電圧が大きくなるノイズ、例えば１／ｆ雑音が問題になる。
【０００４】
この問題を解決するために、増幅器が発生するノイズを高周波数領域に押しやって除去する信号増幅回路が知られている（例えば特許文献１から３を参照。）。このような信号増幅回路は、増幅器の前段で、入力信号の信号周波数よりも高い周波数で入力信号を変調し、変調した信号を増幅し、増幅した後の信号を元の周波数に復調し、復調した信号をフィルタリングすることによって、扱いやすい大きさに増幅したアナログ信号出力を得る。
【０００５】
図２は従来の信号増幅回路を説明するためのブロック図である。
信号増幅回路は、アナログ変調器１０１、アナログ増幅器１０３、アナログ復調器１０５及びアナログフィルタ１０７を備えている。
【０００６】
アナログ変調器１０１は、入力端子Ｖｉｎ＋，Ｖｉｎ−から入力されるアナログ信号をより高い周波数領域に周波数変換する。アナログ増幅器１０３は、アナログ変調器１０１で周波数変換された信号を増幅する。アナログ復調器１０５は、アナログ増幅器１０３で増幅された信号を元の周波数に復調する。
【０００７】
アナログ復調器１０５で復調された信号には、本来低周波領域にあったアナログ増幅器１０３のノイズが高周波領域に存在している。また、変復調に用いた変調信号の周波数の部分にも不要な信号が存在する。
【０００８】
アナログフィルタ１０７は、アナログ復調器１０５で復調された信号から所定の周波数成分を取り出し、取り出した信号を出力端子Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−から出力する。アナログフィルタ１０７は、アナログＬＰＦ（Low-pass filter）又はアナログＢＰＦ（Band-pass filter）で構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の信号増幅回路では、変調、増幅、復調、フィルタリングがすべてアナログドメインで行なわれている。そして、フィルタリングを行なうＬＰＦ又はＢＰＦをアナログ回路で実現することは、アナログ回路に特有のばらつき要因を考慮した設計が必要である。
【００１０】
このように、従来の信号増幅回路には、信号の増幅という本来の目的以外のためのオーバーヘッドが多く存在する。このオーバーヘッドは消費電力の増大や回路面積の増大を招く。また、現状多くの機器においてセンサー出力信号はＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換されてデジタル信号として利用されている。
【００１１】
本発明は、高精度な信号増幅を実現できる信号増幅回路を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる信号増幅回路は、入力されるアナログ信号を変調するアナログ変調器と、上記アナログ変調器で変調されたアナログ信号を増幅するアナログ増幅器と、上記アナログ増幅器で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号を復調するデジタル復調器と、上記デジタル復調器で復調されたデジタル信号から所定の周波数成分を取り出すデジタルフィルタと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の信号増幅回路は、アナログ変調器で変調されたアナログ信号をアナログ増幅器で増幅し、増幅されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、そのデジタル信号をデジタル復調器で復調し、復調されたデジタル信号をデジタルフィルタでフィルタリングする。このように、本発明の信号増幅回路は、アナログフィルタよりも素子ばらつきに強く且つ安定したデジタルフィルタによって復調後の信号のフィルタリングをデジタルドメインで行なうので、高精度な信号増幅を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施例を説明するためのブロック図である。
【図２】従来の信号増幅回路を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は一実施例を説明するためのブロック図である。
信号増幅回路は、アナログ変調器１、アナログ増幅器３、Ａ／Ｄ変換器５、デジタル復調器７及びデジタルフィルタ９を備えている。
【００１６】
アナログ変調器１は、入力される変復調クロックに基づいて、入力端子Ｖｉｎ＋，Ｖｉｎ−から入力されるアナログ信号をより高い周波数領域に周波数変換する。アナログ変調器１は、例えば２つの入力信号をスイッチで交互に入れ替えて変調するものである。
【００１７】
アナログ増幅器３は、アナログ変調器１０１で増幅された信号を増幅する。アナログ増幅器３は、例えば差動入出力型のものである。
Ａ／Ｄ変換器５は、アナログ増幅器３で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００１８】
デジタル復調器７は、入力される変復調クロックに基づいて、Ａ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を復調する。
デジタルフィルタ９は、デジタル復調器７で復調されたデジタル信号から所定の周波数成分を取り出す。デジタルフィルタ９は、ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタである。デジタルフィルタ９は、取り出したデジタル信号を出力端子Ｄｏｕｔから出力する。
【００１９】
図１を参照して増幅動作を説明する。
例えば温度センサーなどのセンサーから出力されて入力端子Ｖｉｎ＋，Ｖｉｎ−から信号増幅回路に入力されたアナログ信号は、アナログ増幅器３で増幅される前に、アナログ変調器１によってより高い周波数領域に周波数変換される。変復調クロックとしては例えば１００ｋＨｚ（キロヘルツ）が用いられる。
【００２０】
周波数変換されたアナログ信号は、アナログ増幅器３によって増幅される。アナログ増幅器３で増幅する際に発生したノイズは信号に重畳される。例えばアナログ増幅器３がＣＭＯＳ増幅器で構成されている場合、１／ｆ雑音が変調される前の信号帯域に重畳される。
アナログ増幅器３で増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器５によってデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換する際に発生したノイズは信号に重畳される。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換されたデジタル信号は、デジタル復調器７によってデジタルドメインで復調される。変復調クロックとしては例えば１００ｋＨｚ（キロヘルツ）が用いられる。
【００２２】
これにより、高周波領域に周波数変換されたセンサーの出力信号は元の周波数領域に戻される。同時に、アナログ増幅器３での増幅の際及びＡ／Ｄ変換器５でのＡ／Ｄ変換の際に重畳したノイズは変復調クロックによって高周波領域に移動される。さらに、もともとのセンサー出力信号の周波数領域に重畳していたノイズも高周波領域に移動される。
【００２３】
その後、デジタルフィルタ９によって、デジタル復調器７によって復調されたデジタル信号から、必要な周波数領域のみの信号が取り出される。これにより、アナログ増幅器３での増幅の際及びＡ／Ｄ変換器５でのＡ／Ｄ変換の際に重畳したノイズ、並びにもともとのセンサー出力信号の周波数領域に重畳していたノイズが大幅に除去される。
【００２４】
低周波領域のセンサー出力信号を単に増幅した場合には、低周波領域で大きくなるノイズがセンサー出力信号に重畳する。これに対し、上記の処理が行なわれた場合には、変調後の高周波領域でノイズが重畳するので、復調及びフィルタリング後の信号においてノイズを減らすことができる。
【００２５】
さらに、フィルタリングはデジタルフィルタ９で行なわれるので、この実施例の信号増幅回路は、アナログフィルタの欠点を補い、デジタルフォルタの利点を享受できる。
【００２６】
従来技術の信号増幅回路はアナログ信号の増幅時にアナログ増幅器で発生するノイズを抑制して増幅したアナログ信号を得ることを目的としている。また、センサー出力信号は最終的にデジタル化されて使用される場合がある。この場合、上記実施例のように、できるだけ処理の後段で復調が行なわれることにより、変調から復調の間で信号に重畳する低周波領域のノイズは変調先の周波数でのノイズに変換されるので、より効果的に低周波ノイズが低減される。
【００２７】
また、従来技術の信号増幅回路によって増幅されたアナログ信号が後段でデジタル信号に変換されて使用される場合、デジタル信号が処理される過程でデジタルフィルタリングが行なわれる。これに対し、上記実施例のデジタルフィルタ９は、従来行なわれていたデジタルフィルタリングと、増幅時に信号に重畳したノイズを除去するためのフィルタリングとを兼ねることができる。したがって、トータルの回路規模の削減が可能となる。
【００２８】
さらに、デジタルフィルタ９は、アナログフィルタでは困難な安定した急峻な特性を実現することができる。したがって、上記実施例の信号増幅回路は、アナログドメインで行なわれる従来の信号増幅回路に比べて、必要な信号以外の成分をより多く遮断でき、低ノイズ化を図ることができる。
【００２９】
さらに、デジタルフィルタ９は、アナログフィルタよりも素子ばらつきに強く且つ安定したフィルタを実現できるので、フィルタ特性の自由度が大きい設計が可能である。
【００３０】
以上、本発明の実施例が説明されたが、本発明は、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００３１】
例えば、上記実施例において、温度センサーなどのセンサーの出力信号がアナログ変調器１に入力されているが、本発明の信号増幅回路に入力されるアナログ信号は、センサー出力信号ではないアナログ信号であってもよい。
【００３２】
また、上記実施例において、２つの入力信号をスイッチで交互に入れ替えて変調するアナログ変調器１が用いられ、差動入出力型のアナログ増幅器３が用いられているが、本発明の信号増幅回路におけるアナログ変調器及びアナログ増幅器はこれに限定されない。本発明の信号増幅回路において、アナログ変調器及びアナログ増幅器は他の方式のものであってもよい。例えば、本発明の信号増幅回路において、アナログ変調器は変調クロックが正弦波であるようなミキサーであって、アナログ増幅器は差動入力・シングル出力のオペアンプやｇｍアンプ（トランスコンダクタンスアンプ）のようなものであってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  アナログ変調器
３  アナログ増幅器
５  Ａ／Ｄ変換器
７  デジタル復調器
９  デジタルフィルタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】特許第４３５４４７３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７９３７７号公報
【特許文献３】特表２０１０−５１７４７１号公報
【図１】
2013183292.tif 000003
【図２】
2013183292.tif 000004